В бързото развитие на световната индустрия за съхранение на енергия, клетките на литиевата батерия, като основните компоненти на системите за съхранение на енергия, директно определят ефективността, надеждността и икономията на системите за съхранение на енергия въз основа на тяхната работа. За да задоволят нарастващото търсене на пазара за съхранение на енергия, клетките на литиевата батерия непрекъснато постигат технологични пробиви в материали, структури и производствени процеси, насърчавайки непрекъснатото оптимизиране на работата на системата за съхранение на енергия.
Материални иновации: крайъгълен камък за подобряване на цялостната работа на клетките на батерията
Итеративно надграждане на положителните електродни материали
Положителният материал на електрода е ключов фактор, влияещ на енергийната плътност и живота на цикъла на клетките на литиевата батерия. В приложенията за съхранение на енергия, катодните материали за литиев желязо (LFP) доминират поради високата им безопасност, живота на дългия цикъл и предимствата на разходите. През последните години електронната и йонна проводимост на литиево -железни фосфатни материали е значително подобрена чрез техники като наноразмерно обработка, повърхностно покритие и модификация на допинг. Енергийната плътност се е увеличила от ранното 140-160 wh\/kg до 180-200 wh\/kg, а животът на цикъла също е разширен до 6000-8000 пъти. Например, определено предприятие използва наноразмерно литиево -железен фосфатен материал и прилага обработка на въглеродно покритие на повърхността му, което подобрява ефективността на зареждане и изхвърляне на клетките на батерията до над 98% и ефективно намалява енергийната загуба на енергийната система.
Междувременно високите никелови тройни материали като NCM811 и NCA постепенно се появяват в областта на съхранението на енергия. Чрез увеличаване на съдържанието на никел, високите никелови тройни материали могат да постигнат по -висока енергийна плътност, която има определени предимства в сценариите за съхранение на енергия със строги изисквания за пространството и теглото. Въпреки това, високите никелови материали имат лоша топлинна стабилност и са склонни към проблеми с безопасността. За да решат този проблем, изследователите са подобрили термичната стабилност на високите никелови тройни материали и подобряват тяхната безопасност в системите за съхранение на енергия чрез разработване на нови материали за покритие и оптимизиране на кристалните конструкции.
Иновативно развитие на отрицателни електродни материали
Производителността на отрицателните електродни материали също е от решаващо значение за клетките на литиевата батерия. Традиционните графитни отрицателни електродни материали се използват широко в клетките за съхранение на енергия поради тяхната ниска цена и стабилна работа. Но с нарастващото търсене на батерии с висока енергийна плътност, отрицателните електродни материали на основата на силиций са се превърнали в изследователска гореща точка. Теоретичният специфичен капацитет на силиций е до 4200mAh\/g, което е повече от десет пъти по -голям от този на графита. Чрез комбиниране на силиций с въглеродни материали за приготвяне на отрицателни електродни материали от силициев въглерод, проблемът с разширяването на обема на силиций по време на зареждане и изхвърляне може да бъде ефективно облекчен и може да се подобри стабилността на колоездене и енергийната плътност на батерията. Понастоящем действителният специфичен капацитет на някои отрицателни електродни материали от силициев въглерод е достигнал 500-600 MAH\/g, а тяхното приложение в системите за съхранение на енергия се очаква да подобри общата работа на клетките на батерията. В допълнение, отрицателните електродни материали от литиев титанат (LTO) играят важна роля в сценариите за съхранение на енергия с изключително високи изисквания за безопасност и зареждане и скорост на изхвърляне, като регулиране на честотата на мрежата и бързо зареждане на електрически шини, поради отличните им показатели за безопасност, ултра бързо зареждане и ултра дълъг цикъл.
Структурна иновация: Оптимизиране на ефективността и надеждността на клетките на батерията
Подобряване на дизайна на клетъчната структура
При проектирането на конструкции на батерията клетъчните структури постепенно получават внимание. В сравнение с традиционните структури на намотката, ламинираните структури имат по -добри характеристики на разсейване на топлина и по -висока енергийна плътност. Подредените клетки редуват положителните и отрицателните електродни плаки с сепаратора, което прави разпределението на тока вътре в клетката по -равномерно, намалявайки вътрешните явления и поляризационните явления и подобряване на ефективността на заряда и изпускането и стабилността на цикъла. В същото време ламинираната структура може по -добре да се адаптира към изискванията за проектиране на различни размери и форми и има очевидни предимства в някои системи за съхранение на енергия с ограничено пространство. Например, в системите за съхранение на енергия на домакинствата използването на подредени клетки на литиева батерия може да постигне по -компактно оформление и да подобри използването на пространството.
Оптимизация на структурата на батерията
В системите за съхранение на енергия множеството литиеви батерии образуват батерия, за да отговорят на търсенето на съхранение на енергия с голям капацитет. Оптимизирането на структурата на батерията е от решаващо значение за подобряване на общата производителност и надеждността на батерията. Чрез разумно проектиране на серията и паралелната връзка на клетките на батерията, както и оптимизирането на оформлението на линиите за свързване в батерията, вътрешното съпротивление на батерията може да бъде намалено и загубата на енергия може да бъде сведена до минимум. Междувременно, приемайки модулна концепция за дизайн, батерията е разделена на множество независими модули, всеки от които съдържа определен брой клетки на батерията и е оборудван с независима система за управление на батерията (BMS). Тази модулна структура улеснява инсталирането, поддръжката и разширяването на батериите. Когато модулът се провали, той може бързо да бъде заменен, без да се влияе върху нормалната работа на други модули, подобрявайки надеждността и поддържането на системата за съхранение на енергия.
Иновации в производствения процес: Осигуряване на качество и последователност на клетките
Прилагане на производствено оборудване с висока точност
Процесът на производство на клетките на литиевата батерия оказва решаващо влияние върху тяхната производителност и качество. С развитието на интелигентната производствена технология, високоточно производствено оборудване се използва широко в производството на клетки на батерията. В процеса на покритие на електродното покритие се използва машина за покритие с висока точност за постигане на прецизно управление на дебелината на електродното покритие. Грешката на дебелината на покритието може да бъде контролирана в рамките на ± 1 μm, като се гарантира равномерността на електродното покритие и подобряване на консистенцията на клетките на батерията. В процеса на намотка или подреждане автоматизираното оборудване има по -голяма прецизност и стабилност, които могат да постигнат плътно и равномерно намотка или подреждане на парчета електрод, да намалят пролуките вътре в клетката на батерията и да подобрят енергийната плътност. В същото време прилагането на лазерна технология за заваряване в части на връзката на клетките на батерията може да постигне високо прецизно и високоякостно заваряване, да намали съпротивлението на контакта и да подобри електрическата характеристика и надеждността на батериите.
Изграждане на интелигентна система за мониторинг на качеството
За да се гарантира качеството и консистенцията на клетките на литиевата батерия, интелигентната система за наблюдение на качеството играе важна роля в производствения процес. Чрез внедряване на голям брой сензори и интелигентни устройства за откриване на производствената линия, данните в реално време се събират по време на производствения процес, като температура, налягане, ток, напрежение, дебелина на покритието, размер на електрода и др., И тези данни се анализират и обработват в реално време, използвайки технологии като анализ на големи данни и изкуствен интелект. След като по време на производствения процес се открият ненормални ситуации, системата може да издаде навременни предупреждения и автоматично да коригира производствените параметри или да спре производството, за да избегне производството на дефектни продукти. В същото време използването на интелигентни производствени системи за дълбок добив и анализ на производствените данни може също да постигне непрекъсната оптимизация и подобряване на производствените процеси, да подобри ефективността на производството, да намали производствените разходи, да гарантира висококачествено производство на литиеви батерии и да осигури надеждни гаранции за стабилната работа на енергийните системи за съхранение.